Directrices técnicas para el manejo ambientalmente racional de los acumuladores de plomo de desecho

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2 Directrices técnicas para el manejo ambientalmente racional de los acumuladores de plomo de desecho Publicado en septiembre del 2003 Número de venta : S.03.III.D.29 ISBN : ISSN : Publicado en papel reciclado sin cloro Esta publicación puede ser reproducida en su totalidad o en parte y en cualquier forma con fines no lucrativos y sin permiso especial de los dueños de la marca registrada siempre y cuando se cite la fuente de origen. El PNUMA y la Secretaría del Convenio de Basilea apreciaría recibir copia de cualquier material que utilice esta publicación como fuente. No se utilizará esta publicación para fines comerciales o de venta sin la autorización previa y por escrito del PNUMA. Esta publicación se encuentra disponible en la Secretaría del Convenio de Basilea, Casa Internacional del Medio Ambiente, 15, chemin des Anémones, CH-1219 Châtelaine, Suiza Tel. (4122) Fax : (4122) sbc@unep.ch Web :

3 ÍNDICE INTRODUCCIÓN Por qué reciclar? ANTECEDENTES HISTÓRICOS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS ACUMULADORES DE PLOMO Conceptos y definiciones Descripción Funcionamiento Tipos y aplicaciones Vida útil RECICLADO DE ACUMULADORES DE PLOMO FASES PREVIAS AL RECICLADO Fases previas al reciclado Recogida Transporte Almacenamiento RECICLADO DE LOS ACUMULADORES DE PLOMO Apertura del acumulador Antecedentes históricos de la apertura de acumuladores Procedimientos modernos de apertura de acumuladores Apertura de acumuladores : Posibles fuentes de contaminación del medio ambiente Reducción del Plomo Métodos pirometalúrgicos Métodos hidrometalúrgicos Reducción del plomo: Posibles fuentes de contaminación del medio ambiente Refinación del plomo Refinación pirometalúrgica Refinación del plomo: Posibles fuentes de contaminación del medio ambiente CONTROL AMBIENTAL Planificación de plantas de reciclado del plomo Evaluación del impacto ambiental (EIA) Mejoras tecnológicas Tratamiento de las fuentes de contaminación y prevención de la contaminación Electrolito ácido y efluentes Recolección de polvo y filtrado del aire Emisiones fugaces Extracción del dióxido de azufre (SO 2 ) Uso de oxígeno (O 2 ) Selección de agentes fundentes y compactación de la escoria Reciclado de materia orgánica pesada Reciclado del polipropileno Destino adecuado de los desechos no recuperables Vigilancia del medio ambiente Medidas de control Medidas de vigilancia Dioxinas... 34

4 6. ASPECTOS RELACIONADOS CON LA SALUD Consideraciones generales Toxicocinética Absorción, distribución y eliminación Toxicidad y efectos en la salud Límites de exposición Límites ocupacionales Límites ambientales Prevención y control Medidas de prevención y control propuestas Control médico propuesto Periodicidad del control VIABILIZACIÓN: MEDIDAS FUNDAMENTALES PARA LA EJECUCIÓN DE LOS PROGRAMAS DE RECICLADO DEL PLOMO Determinación y definición de las prioridades nacionales Reciclado externo Reciclado interno Soluciones regionales Establecimiento de sistemas de recogida: Marcos normativos Sistema simplificado de distribución inversa Sistema de colectores Sistema de devolución patrocinado por el fabricante Sistema de distribución inversa Mejor comunicación DATOS ESTADÍSTICOS DE LOS ACUMULADORES DE PLOMO Y DEL PLOMO Plomo primario Plomo primario: Producción mundial de concentrados Plomo primario: Producción mundial de plomo metálico Plomo primario: Consumo mundial de plomo metálico Plomo primario: Usos del plomo metálico Plomo secundario Producción de plomo secundario Plomo secundario: Porcentaje de plomo secundario en la producción nacional Acumuladores de plomo Acumuladores de plomo: Producción anual Acumuladores de plomo: Usos Acumuladores de plomo: Vida útil Acumuladores de plomo: Composición... 57

5 9. CONSIDERACIONES FINALES ANEXO 1 EIA: ESTRUCTURA RECOMENDADA ANEXO 2 - EFECTOS TÓXICOS DEL PLOMO EN LAS PERSONAS SIGLAS Y FÓRMULAS BIBLIOGRAFÍA... 66

6 INTRODUCCIÓN 1. Actualmente, en la mayoría de los países los acumuladores de plomo usados se devuelven para que se recicle el plomo. No obstante, teniendo en cuenta que un acumulador ordinario contiene también ácido sulfúrico y varios tipos de plásticos, es posible que el proceso de reciclado llegue a representar un peligro, si no se controla debidamente. Por esa razón, las presentes directrices técnicas están destinadas a orientar a los países que se proponen aumentar su capacidad de manejo de los acumuladores de plomo usados y desechados. En el documento se ha aplicado un criterio amplio y se proporciona información clara sobre varias cuestiones relacionadas con esos desechos. Cabe esperar que la utilización de las directrices permita a los países mejorar sus actividades en relación con los siguientes aspectos: a) protección y mejoramiento cualitativo de su medio ambiente; b) protección de la salud de su población; c) adopción de tecnologías poco contaminantes, para reducir al mínimo la generación de desechos; d) adopción de la reutilización y el reciclado como medio para proteger los recursos naturales no renovables y reducir el consumo de energía; e) adopción del manejo ambientalmente racional de los acumuladores de plomo usados; f) creación de un sistema sostenible y regulado de aprovechamiento del plomo; g) adopción de planes de manejo de los desechos de plomo; h) generación de beneficios sociales, económicos y ambientales mediante el manejo ambientalmente racional de los desechos de plomo. 2. No obstante, cabe señalar que en las presentes directrices no se describe tecnología alguna. Se aplica en cambio un criterio más amplio al analizar temas generales referentes al reciclado del plomo y se invita al lector a que consulte la bibliografía indicada al final del documento. Por qué reciclar? 3. El proceso de reciclado es un elemento esencial del desarrollo sostenible y posibilita una utilización racional de recursos naturales escasos, o que pudieran escasear, como el plomo. El proceso de reciclado presenta grandes ventajas: a) Mayor duración de los recursos naturales. Pese a que en todo el mundo existen yacimientos de minerales no descubiertos, todos, en fin de cuentas, son finitos y este límite está relacionado con su ritmo de utilización. De ahí que los procesos de reciclado aumenten la duración de esos yacimentos; b) Menor costo monetario: La utilización de materiales de segunda fusión permite lograr economías monetarias porque: a) los procesos son más baratos que el de recuperación de los minerales primarios; b) se reduce la dependencia de las materias primas importadas; c) se aprovecha mejor el costo de inversión en equipo, y d) disminuye la producción de desechos, especialmente los de la extracción primaria; c) Conservación de energía: Dado que muy pocos metales se encuentran en la naturaleza en formas que permitan su utilización inmediata, los procesos de reciclado 1

7 permiten la producción de metales con apenas un 25% o menos 1 de la energía utilizada en los procesos primarios. Es más, dado que la mayoría de los procesos primarios de producción de metales requiere procedimientos que utilizan una gran cantidad de energía, que suelen depender de los combustibles fósiles, como ocurre, por ejemplo, en los hornos, los procesos de reciclado constituyen un medio de reducir la contaminación. 4. Además de estos aspectos, comunes a todos los procesos de reciclado de metales, en el caso del plomo propiamente dicho hay otros factores importantes que hacen que su reciclado sea aún más aconsejable a los efectos de la protección del medio ambiente: a) toxicidad para el medio ambiente y la salud humana: Son harto conocidas las consecuencias de la exposición al plomo para el ser humano o para el medio ambiente. Por lo tanto, es lógico pensar que la falta de un sistema de reciclado del plomo aumentaría extraordinariamente el riesgo de exposición, ya que los desechos de plomo podrían enviarse hacia destinos no seguros desde el punto de vista ambiental; b) amplias posibilidades de reciclado: El hecho de que el plomo tiene un punto de fusión bajo y es fácil afinarlo a partir de chatarra lo hace más reciclable, es decir que resulta relativamente fácil o factible desde el punto de vista técnico aislarlo a partir de la chatarra y reintroducirlo en la corriente de materia prima; c) un gran mercado: El mercado del plomo es amplio y, según el país, también lo es un sistema de recogida razonablemente bien organizado de hasta 96% de un solo producto predominante con una vida útil breve y previsible: el acumulador de arranque, iluminación e ignición AII. 5. Del análisis que antecede se infiere sin lugar a dudas que destinos tales como vertederos, incineración y otros, no pueden considerarse modalidades de manejo ambientalmente racional de los desechos de plomo no sólo por razones económicas, sino también por razones de salud y ambientales. 6. Reconocido este hecho, los procesos de reciclado se convierten en una respuesta viable al problema desde el punto de vista tecnológico, ya que, aplicados y controlados debidamente, pueden constituir una solución económica práctica y ambientalmente racional. Por lo tanto, el reciclado del plomo se debe considerar la solución óptima al manejo ambientalmente racional de los acumuladores de plomo. 1 Heinstock; estudio del Consejo Internacional de Metales y Medio Ambiente. 2

8 1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS 7. Las propiedades físicas y químicas del plomo, a saber maleabilidad y resistencia a la corrosión, ya eran conocidas por las civilizaciones antiguas. En realidad, hace por lo menos años que el plomo se extrae y se funde, como lo confirman las piezas que se exhiben en diversos museos, los relatos y otros textos antiguos, incluido el libro del Éxodo, que es parte de la Biblia. Cuentas de plomo encontradas en la actual Turquía datan de alrededor de a.c., y se dice que los egipcios utilizaban el plomo junto con el oro, la plata y el cobre ya en a.c., lo que indica que la tecnología de producción de plomo metálico mediante fusión reductiva en presencia de fuentes de carbono se propagó poco a poco desde China hacia el Oriente Medio y desde allí a África durante los milenios quinto y sexto a.c. En el Egipto de los faraones, los compuestos de plomo se utilizaron también en cerámica vidriada, como material de soldadura y para fundirlo en la fabricación de objetos ornamentales. En el Museo Británico se exhibe una figura de plomo encontrada en el templo de Osiris, en la antigua ciudad de Abydos, Anatolia occidental, que data de a.c. 8. Una de las más importantes aplicaciones históricas del plomo fueron los acueductos de Roma. Se fabricaban tuberías de plomo de tres metros de longitud y hasta 15 diámetros estándar. Muchas de ellas, aún en magníficas condiciones, se han descubierto en la Roma moderna y en Inglaterra. La palabra romana plumbum, que denotaba surtidores de agua y conectores hechos de plomo, dio origen a la palabra inglesa "plumbing" (fontanería) y al símbolo del elemento, Pb. En la época de Constantino había alrededor de toneladas de tuberías de plomo en Roma y según una estimación aproximada, la producción de plomo del Imperio Romano llegó en cuatro siglos a 15 millones de toneladas. 9. Marcus Vitruvius Pollio, un arquitecto e ingeniero romano del siglo I a.c., advirtió sobre los peligros del uso de tuberías de plomo para la conducción de agua y recomendó que se utilizaran en su lugar las de barro. En sus escritos mencionó también la palidez de la piel de los trabajadores de los talleres de plomo de la época, al señalar que los gases que emanaban del plomo fundido destruían "el vigor de la sangre". Muchos creían, no obstante, que el plomo tenía propiedades médicas beneficiosas. Plinio, sabio romano del siglo I d.c., escribió que el plomo podía utilizarse para la eliminación de cicatrices, como linimento o como ingrediente en emplastos para úlceras y para los ojos, entre otras aplicaciones clínicas. Los romanos conocían también la resistencia del plomo a la corrosión, de ahí que la Marina romana fuera una gran consumidora de este metal. En investigaciones submarinas realizadas en el Mediterráneo se descubrieron galeras romanas con bisagras y clavos revestidos de plomo. 10. Después del período romano y durante la Edad Media, el plomo siguió explotándose y utilizándose. En este período se lograron adelantos en la fabricación de tuberías y en lugar de laminar una hoja de plomo, los fabricantes comenzaron a sumergir en el metal fundido un cilindro en frío con las dimensiones de diámetro interior adecuadas. Pero la fabricación de tuberías no fue la utilización principal de este metal en la Edad Media, se utilizó también para recubrir los techos de 3

9 las catedrales y edificios, para fabricar material de soldadura, instalar vitrales y con la invención de la imprenta, se encontraron nuevos usos para el plomo. 11. En 1859, un físico francés, Gaston Planté, descubrió que al ser sumergidos en un electrolito de ácido sulfúrico, los pares de electrodos de óxido de plomo y plomo metálico generaban energía eléctrica y más tarde podían ser recargados. Algunas mejoras técnicas adicionales logradas por otros investigadores llevaron en 1889 a la producción comercial de acumuladores de plomo. El enorme crecimiento de los mercados de acumuladores en el siglo XX (que con el tiempo llegaron a consumir el 75% de la producción de plomo del mundo) se produjo a la par del auge de la industria automovilística, en que se encontraron aplicaciones para los acumuladores en los procesos de arranque, iluminación e ignición. 12. Otro destacado producto de plomo era el tetraetilo de plomo, aditivo de la gasolina inventado en 1921 para resolver problemas de "golpeteo" que se habían hecho habituales con el surgimiento de los motores de alta compresión que funcionaban a altas temperaturas. Poco después de llegar a su auge, 50 años más tarde, la utilización de este compuesto de plomo se redujo al hacerse obligatoria la instalación de conversores catalizadores en los sistemas de escape de los vehículos de pasajeros, según lo dispuesto en las leyes de protección del medio ambiente. 13. Pese al constante incremento de los usos del plomo en los últimos cinco milenios, el consumo y la explotación de las minas alcanzó un ritmo industrial sólo después del siglo XIX. Se estima que el consumo de plomo desde la Prehistoria hasta entonces difícilmente habrá rebasado los 30 millones de toneladas, mientras que el consumo actual es de alrededor de cinco millones de toneladas anuales. 4

10 2. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS ACUMULADORES DE PLOMO 2.1. Conceptos y definiciones Acumulador eléctrico: Dispositivo constituido por un electrolito, un elemento y un contenedor que permite almacenar la energía eléctrica en forma de energía química y liberarla cuando se conecta con un circuito de consumo externo. Un acumulador de plomo o una batería de plomo es un acumulador eléctrico en que el material activo de las placas positivas está formado por compuestos de plomo y el de las placas negativas es esencialmente plomo y el electrolito, una solución diluida de ácido sulfúrico. Batería: Aparato electroquímico que suministra energía eléctrica merced a la utilización controlada de reacciones químicas. Algunas utilizan reacciones químicas reversibles y pueden ser recargadas, como las de plomo; otras utilizan reacciones no reversibles y no tienen más que una vida útil. Caja o camisa: Contenedor subdividido por paredes intermedias en que se insertan los distintos elementos, junto con el electrolito. Capacidad del acumulador: Cantidad de electricidad que el acumulador puede producir antes de que el voltaje se reduzca a un nivel inferior al límite de una carga de diez horas. La capacidad se expresa en amperios/hora (Ah). Carga: Operación mediante la cual una fuente externa suministra energía eléctrica que se convierte en energía química en el acumulador. Célula, o célula elecroquímica: Se trata de un generador eléctrico constituido por no menos de dos reacciones electroquímicas (llamadas reacciones semicelulares), una de los cuales es de carácter reductor y la otra de carácter oxidante. Conectores: Conductores de plomo metálico utilizados para interconectar no sólo las distintas placas, formando elementos, sino también los elementos entre sí para formar el circuito eléctrico interno. Electrolito: Conductor iónico en que se sumergen las placas. En los acumuladores de plomo, el electrolito es una solución de ácido sulfúrico diluido al 36% por peso (400 g de ácido sulfúrico por litro de agua destilada). La carga de un acumulador está determinada por la gravedad específica o densidad de su electrolito: un acumulador totalmente cargado tiene un electrolito con una densidad de 1,270 kg.dl - ¹. Elemento: Es una serie de placas negativas y positivas colocadas consecutivamente y aisladas entre sí por separadores de placas. Las placas de igual polaridad están conectadas eléctricamente, razón por la cual un elemento puede considerarse un conjunto de células electroquímicas conectadas en paralelo. 5

11 Material sellador: Material utilizado para sellar herméticamente la tapa de la caja del acumulador. Placa negativa o ánodo: Placa en que tienen lugar las reacciones oxidantes. Placa positiva o cátodo: Placa en que tienen lugar las reacciones reductoras. Separador de placas, o espaciador: Componente insertado entre dos placas eléctricas consecutivas en un acumulador, hecho de polietileno o del antes popular PVC, cartulina u otros materiales porosos y permeables al electrolito. Es necesario impedir el contacto metálico entre placas de polaridad opuesta, dejando un espacio en entre ellas. Tapa o cubierta: Pieza destinada a cerrar la caja del acumulador. Tapón o tapa de ventilación: Pieza removible destinada a permitir el escape de los gases y a permitir la verificación y el mantenimiento del nivel del electrolito. Voltaje nominal: Hay dos tipos de voltaje nominal: a) voltaje nominal de la célula: Es el voltaje que puede proporcionar la reacción química utilizada en el acumulador, lo que en el caso de las reacciones de los acumuladores de plomo equivale a 2 V; b) voltaje nominal del acumulador: Es una función del número de células conectadas en serie; los acumuladores de los automóviles generalmente tienen seis células en serie, con lo cual suministran un voltaje nominal de 12 V (2 V x 6 células) Descripción 14. Sea cual fuere la función para la que haya sido diseñado, un acumulador de plomo típico consta de los siguientes elementos: Terminal positiva (1) Conectores (4) + Tapones (3) - Terminal negativa (2) Tapa (5) Solución de ácido sulfúrico (6) Separadores del elemento (7) Placas separadoras (8) Placas negativas (9) Caja (11) Placas positivas (10) Elemento del acumulador (12) 6

12 Figura 1: Componentes y estructura interna de los acumuladores de plomo a) Terminales positiva (1) y negativa (2): Están hechas de plomo, y es el lugar en que se conectan los dispositivos de consumo de electricidad externa; b) Tapones (3): Uno por cada elemento del acumulador, en que se puede reemplazar el agua destilada/desionizada siempre que sea necesario. También constituyen una vía de escape para los gases que puedan formarse en las celdas; c) Conectores (4): Están hechos de plomo, que efectúa el contacto eléctrico entre placas de igual polaridad y también entre elementos separados; d) Tapa (5) y caja (11): Originalmente se fabricaban de ebonita, en la actualidad son de polipropileno o de un copolímero; e) Solución de ácido sulfúrico (6): Es el electrolito del acumulador; f) Separadores de elementos (7): Generalmente forman parte de la caja y están hechos del mismo material; proporcionan aislamiento químico y eléctrico entre los elementos. Se conectan en serie a fin de aumentar el voltaje final del acumulador; g) Separadores de placas (8): Están hechos de PVC u otro material poroso; evitan el contacto físico entre dos placas contiguas, pero al mismo tiempo permiten el libre desplazamiento de los iones en la solución del electrolito; h) Placas negativas (9): Están constituidas por una rejilla de plomo metálico recubierta por una pasta de dióxido de plomo (PbO 2 ); i) Placas positivas (10): Están constituidas por placas de plomo metálico; j) Elemento del acumulador (12): Es una serie de placas negativas y positivas colocadas consecutivamente y aisladas entre sí por separadores de placas. Las placas de igual polaridad están conectadas eléctricamente. 15. Las placas del acumulador son estructuras de plomo metálico, conocidas como rejillas, recubiertas por una pasta de dióxido de plomo en el caso de las placas negativas, o por una pasta porosa de plomo metálico en el caso de las placas positivas. El plomo utilizado en los dos tipos de placas puede contener también otros elementos químicos, como antimonio, arsénico, bismuto, cadmio, cobre, calcio, plata, estaño u otros. En el proceso de fabricación de las placas también se utiliza materia inerte, como sulfato de bario, negro de humo y lignina que se añaden para prevenir la contracción de la placa mientras esté en uso. Una vez preparadas, las placas se secan y curan y se les da forma para poderlas ensamblar en los elementos del acumulador. 16. Después que se les ha dado forma, las placas del acumulador se intercalan de tal modo que a una negativa siga una positiva, colocándose entre ellas un separador de placas hecho de polietileno, PVC o cartulina fibrosa a los efectos de evitar cortocircuitos entre dos placas consecutivas. Este proceso se realiza hasta conseguir de 6 a 20 pares de placas negativas y positivas alineadas y eléctricamente aisladas. Luego se conectan eléctricamente las placas de igual polaridad, y las placas intercaladas, denominadas ahora elementos del acumulador, se insertan en los compartimientos del 7

13 acumulador. Un elemento estándar del acumulador tiene entre 13 y 15 placas y puede producir 2 voltios de gran amperaje. A continuación se conectan los elementos en serie mediante un conector hecho de una aleación de plomo y antimonio para producir un mayor voltaje. Cuanto mayor es el voltaje tanto mayor será el número de elementos conectados: un acumulador estándar de automóvil tiene seis elementos en serie que producen (2 V x 6 elementos) 12 V. 17. Por último, se ensambla el acumulador y se le añade el electrolito. Luego se sella la tapa, se inspecciona el producto para comprobar su hermeticidad, tras lo cual recibe su primera carga Funcionamiento 18. Cuando el acumulador suministra energía eléctrica a un dispositivo externo se producen simultáneamente distintas reacciones químicas. En las placas positivas (cátodo) se produce una reacción reductora cuando el dióxido de plomo (PbO 2 ) se convierte en sulfato de plomo (PbSO 4 ). Por otra parte, en las placas negativas (ánodo) tiene lugar una reacción oxidante y el plomo metálico se convierte en sulfato de plomo. El electrolito, ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ), aporta los iones de sulfato para ambas semirreacciones y actúa como puente químico entre ellas. A cada electrón generado en el ánodo corresponde un electrón consumido en el cátodo, así las ecuaciones pasan a ser: Ánodo: Pb (s) + SO 4 2- (aq) PbSO 4(s) + 2e - Cátodo: PbO 2(s) + SO 4 2- (aq) + 4H + (aq) + 2e - PbSO 4(s) + 2H 2 O (l) Reacción completa: Pb (s) + PbO 2(s) + 2H 2 SO 4(aq) 2PbSO 4(s) + 2H 2 O (l) 19. Mientras el acumulador se descarga, al arrancar un motor, por ejemplo, la concentración de ácido sulfúrico disminuye lentamente en la solución del electrolito, ya que los iones de sulfato se incorporan al sulfato de plomo que se está formando en ambos electrodos. A medida que disminuye la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito, disminuye la densidad de la solución con respecto al valor de 1,25 kg.dl - ¹, que es la densidad de un acumulador totalmente cargado, lo que permite determinar el nivel de carga de un acumulador con la simple medición de la densidad de su solución. Al continuar este proceso, los materiales activos se van consumiendo y la velocidad de la reacción disminuye hasta que el acumulador ya no está en condiciones de proporcionar energía eléctrica. La mayor parte del óxido de plomo y del plomo poroso adoptará entonces la forma de sulfato de plomo. 20. Cuando haya que volver a cargar el acumulador, se conectará a sus terminales una fuente externa de energía eléctrica, pero con una polaridad invertida en relación con ellas a fin de invertir las reacciones y lograr que el sulfato de plomo se transforme nuevamente, mediante un proceso electroquímico, en plomo y óxido de plomo. 21. El proceso de descarga y recarga puede repetirse varios centenares de veces con buena respuesta del acumulador, pero las placas de óxido de plomo se contaminan cada vez más con sulfato de plomo, lo que con el tiempo inhibe las reacciones químicas en las placas de óxido de plomo. Por otra parte, en el fondo del acumulador comienza a formarse un capa de sedimento (55% a 60% de PbSO 4 ; 20% a 25% de PbO; 1% a 5% de PbO; 1% a 5% de Pb metálico). Llega un momento en la vida del acumulador en que el alto nivel de contaminación impide una nueva recarga y es entonces que el acumulador queda agotado y se convierte en acumulador de plomo usado (ULAB). 8

14 2.4. Tipos y aplicaciones 22. Los acumuladores de plomo tienen numerosas aplicaciones que pueden emplear diferentes voltajes, tamaños y pesos y abarcan desde los acumuladores a prueba de interrupción de 2 kg hasta los acumuladores industriales, cuyo peso puede superar los kg. Los acumuladores pueden clasificarse del modo siguiente: a) De automóviles: los utilizados como principal fuente de energía para el arranque, la iluminación y la ignición (acumuladores AII) para vehículos tales como automóviles, camiones, tractores, motocicletas, embarcaciones, aeronaves, etc; b) Genéricos: los utilizados en herramientas y equipo portátiles, sistemas de alarma doméstica, luces de emergencia, etc; c) Industriales: acumuladores para aplicaciones estacionarias, como telecomunicaciones, usinas eléctricas, fuentes de electricidad ininterrumpida o sin paradas, nivelación de cargas, sistemas de alarma y seguridad, uso industrial general y arranque de motores diesel; d) Motores: acumuladores utilizados para transportar cargas o personas: camionetas montacargas de horquilla, carritos de golf, transporte de equipajes en aeropuertos, sillas de ruedas, automóviles eléctricos, autobuses, etc; e) Especiales: Acumuladores utilizados en aplicaciones científicas, médicas o militares específicas y los integrados en circuitos eléctricos-electrónicos Vida útil 23. La vida útil del acumulador consiste, por definición, en el período de tiempo en que puede ser recargado y conservar su carga. Cuando ya no puede ser recargado o no puede conservar su carga adecuadamente, esa vida útil llega a su fin y se convierte en un "acumulador usado" a los efectos de la aplicación a la que estaba destinado. Pese a que dada la reversibilidad de todo el proceso cabría pensar que la vida útil del acumulador es ilimitada, la principal causa de su "muerte" es el proceso de sulfatación,. Este proceso comienza cuando se forma un precipitado de sulfato de plomo (PbSO 4 ) sobre las placas del acumulador y, a la larga, llega un momento en que esa capa de sulfato del plomo impide que los iones migren desde o hacia las placas o el electrolito y, por ende, cesan las reacciones que producen la energía eléctrica. 24. En condiciones ideales, un acumulador de automóvil puede durar hasta seis años, aunque diversos factores contribuyen a reducir esa vida útil óptima: a) proceso de carga incompleto; b) permanencia del acumulador sin usarse durante un período demasiado prolongado o intervalo entre dos cargas demasiado prolongado; c) altas temperaturas, que aceleran el proceso de sulfatación; 9

15 d) intensificación del proceso de descarga; cuanto mayor es la descarga, menos tiempo dura el acumulador; e) bajo nivel del electrolito: las placas expuestas al aire se sulfatan inmediatamente. 25. Cuando todos estos factores se analizan en conjunto, la vida útil del acumulador fluctúa entre 6 y 48 meses; sin embargo, sólo 30% del total llega realmente al límite de 48 meses. Aun así, se pueden adoptar algunos procedimientos para prolongar la vida útil del acumulador: a) En la etiqueta del acumulador se indicarán los procedimientos correctos para prolongar la actividad del acumulador, como la adición solamente de agua destilada o sugerencias sobre formas de utilización; esta información al consumidor evitaría los problemas que se acaban de mencionar; b) Para reducir la acumulación de sulfato en la superficie activa de las placas se podrán añadir sustancias reductoras, pese a que su utilización podría plantear problemas para el reciclado del ácido sulfúrico; c) Se utilizarán procedimientos de recarga nuevos y mejorados que permitan prolongar la vida útil del acumulador. 26. Al final de su vida útil, el acumulador se clasificará como desecho peligroso con arreglo al Convenio de Basilea y se manejará tal como se ha previsto a fin de evitar daños a la salud humana y al medio ambiente. 10

16 3. RECICLADO DE ACUMULADORES DE PLOMO FASES PREVIAS AL RECICLADO 3.1. Fases previas al reciclado 27. Antes de llegar a la planta de reciclado, se debe poner cuidado en la recogida, el transporte y el almacenamiento de los acumuladores usados para prevenir efectos adversos en la salud, así como la contaminación del medio ambiente. Dado que estas actividades no se realizan en la planta de reciclado, en el presente documento se les denomina fases previas al reciclado Recogida 28. La única manera de ejecutar con éxito un programa de reciclado de acumuladores de plomo consiste en instaurar una infraestructura de recogida apropiada y eficaz. La planificación de esta infraestructura debe hacerse con sumo cuidado, ya que afecta a diferentes sectores de la sociedad como son los vendedores de chatarra, los negocios de compraventa de acumuladores, los procesadores de plomo secundario y los consumidores, que constituyen una red organizada en la que se mantiene una corriente constante de material de desecho de plomo que alimenta el proceso de reciclado. 29. La experiencia demuestra que, como tendencia general, el proceso más espontáneo de recogida de acumuladores usados es el doble sistema de distribución y recogida, en el que los fabricantes, los comerciantes minoristas y mayoristas, las estaciones de servicio y otros lugares de venta al detalle entregan a los usuarios acumuladores nuevos a cambio de los usados, que conservan para su posterior envío a las plantas de reciclado. La viabilidad de este proceso se basa en el valor económico del contenido de plomo de los acumuladores usados. 30. Si bien se debe utilizar este proceso de manera que favorezca el manejo ambientalmente racional de los desechos de plomo, es recomendable que en los lugares de recogida se apliquen ciertas medidas de control para evitar accidentes que afecten al ser humano, al medio ambiente o a ambos: a) El drenaje de los acumuladores no debe realizarse en los puntos de recogida: Con excepción de unos pocos acumuladores secos que pueden llegar al punto de recogida, casi todos los acumuladores usados contendrán su electrolito de ácido sulfúrico. El drenaje de este líquido puede resultar peligroso para la salud humana y para el medio ambiente: a) el electrolito tiene un alto contenido de plomo en forma de iones solubles y de partículas; b) su acidez es muy alta y puede causar quemaduras y daños en caso de derrame accidental; c) se requieren contenedores especiales ácidorresistentes para su almacenamiento; d) al realizar el drenaje, los trabajadores deben disponer de medios de protección a fin de minimizar la posibilidad de sufrir lesiones. Así pues, el drenaje de los acumuladores puede considerarse una actividad potencialmente peligrosa que requiere no sólo instrumentos, contenedores y equipo de seguridad especiales, sino también personal competente. Dado que en muchas ocasiones no se observan estos requisitos, lo que incrementa extraordinariamente el porcentaje de accidentes, debe evitarse la realización del drenaje en los puntos de recogida; 11

17 b) Los acumuladores deben almacenarse en lugares adecuados en los puntos de recogida: El lugar ideal para almacenar los acumuladores de plomo usados es dentro de un contenedor ácidorresistente, que puede simplemente sellarse y utilizarse también para transportarlos, con lo que se reduciría al mínimo la posibilidad de un derrame accidental. Sin embargo, ésto no es lo habitual, de ahí que deba adoptarse un conjunto de directrices en relación con el almacenamiento: i) Los acumuladores que gotean, es decir aquellos de los que se derrama el electrolito, deben almacenarse en contenedores ácidorresistentes, pues de lo contrario contaminarían el medio ambiente y podrían causar daños a la salud; ii) El lugar de almacenamiento se debe proteger de la lluvia y de otras fuentes de agua, debe contar con un sistema de captación de agua y también, de ser posible, estar lejos de fuentes de calor; iii) El material de recubrimiento de los pisos del almacén debe ser preferentemente de concreto u otro material ácidorresistente, que pueda retener y encaminar cualquier derrame que se produzca hacia un contenedor de recogida del que pueda ser extraído después; iv) El lugar de almacenamiento debe contar con un ventilador aspirante o simplemente un sistema de recirculación rápida del aíre para evitar la acumulación de gases peligrosos; v) Se deberá restringir el acceso al lugar de almacenamiento, que se identificará como lugar de almacenamiento de materias primas peligrosas; vi) Cualquier otro material de plomo que pueda estar presente, por ejemplo en tuberías, deberá embalarse y almacenarse convenientemente según sus características. Aunque se trata de consideraciones generales y en cada establecimiento pueden surgir problemas y necesidades específicos, estas medidas constituyen un conjunto básico que permite disminuir los posibles accidentes y crear un entorno protegido para el almacenamiento de acumuladores usados. c) En los puntos de recogida no deben almacenarse grandes cantidades de acumuladores usados: Aun después de crear un lugar de almacenamiento protegido, el punto de recogida no deberá abarrotarse con un gran número de acumuladores usados, tampoco deberá convertirse en lugar de almacenamiento permanente. El número de acumuladores que se almacenen dependerá, por supuesto, del volumen de operaciones del establecimiento. El lugar de almacenamiento tendrá dimensiones tales que permitan cubrir esas demandas específicas. No obstante, almacenar grandes cantidades de acumuladores usados, o hacerlo durante tiempo excesivo, incrementa la probabilidad de derrame accidental o de goteo que hay que evitar. d) En los puntos de recogida no deben venderse los acumuladores a funderías de plomo no autorizadas: Dado que las funderías no autorizadas son una de las fuentes de contaminación por plomo más importantes, tanto para los seres humanos como para el medio ambiente, es preciso insistir en que en los puntos de recogida no se vendan ni se envíen acumuladores usados a establecimientos que no observen las más estrictas normas de protección Transporte 31. Los acumuladores de plomo usados deben ser considerados como desechos peligrosos cuando es preciso transportarlos. En este caso también, el principal problema del transporte de acumuladores es el electrolito, que puede derramarse de los acumuladores usados, lo que requiere 12

18 medidas de control para minimizar los posibles derrames y determinar cómo proceder en caso de accidente: a) Los acumuladores usados deben ser transportados dentro de contenedores: Sea cual sea el medio de transporte que se utilice (barcos, trenes, etc.), los acumuladores de plomo usados deben ser transportados dentro de contenedores sellados, debido al riesgo de derrames, que puede ser alto aunque los acumuladores sean transportados en forma apropiada, en posición vertical. Durante el transporte los acumuladores pueden desplazarse de sus posiciones originales; las cajas se pueden romper o volcarse, lo que inevitablemente hará que el electrolito se derrame. Esto obliga a utilizar contenedores sellados que resistan las sacudidas y los derrames de ácidos; b) Los contenedores deben estar debidamente sujetos al vehículo que los transporta: Deben ser inmovilizados para el transporte, por lo cual es preciso atarlos, ajustarlos o apilarlos correctamente para evitar ese problema; c) El vehículo de transporte debe estar identificado con símbolos: El vehículo debe estar correctamente identificado, con arreglo a los convenios, símbolos y colores internacionales, para indicar que transporta productos corrosivos y peligrosos; d) Equipo específico: El personal de transporte debe contar con el equipo mínimo necesario para hacer frente a cualquier accidente simple o a un problema de derrame, y conocer debidamente el manejo de ese equipo; e) Los conductores y sus ayudantes tienen que recibir capacitación: Las personas que manejen desechos peligrosos deben siempre tener conocimiento de los procedimientos para casos de emergencia, como incendios, derrames, etc. y cómo comunicarse con los equipos que atienden casos de emergencia. Además, deben conocer el tipo de material peligroso concreto que transportan y cómo manejarlo; f) Equipo de protección personal: Los encargados del transporte deberán recibir equipo de protección personal y aprender cómo utilizarlo en caso de accidente; g) Horarios y mapas de transporte: De ser posible, el transporte de desechos peligrosos debe realizarse siempre por caminos que reduzcan al mínimo el riesgo de posibles accidentes u otros problemas específicos. Esto se logra siguiendo un recorrido preestablecido y limitándose a cumplir un horario conocido. 32. Los aspectos que se acaban de tratar no agotan la lista de posibilidades. El personal de transporte puede y, de hecho, debe, recibir capacitación e instrucciones mucho más específicas, ya que el transporte puede afectar zonas densamente pobladas u otros lugares vulnerables por los que pase y en donde un derrame accidental podría tener trágicas consecuencias Almacenamiento 33. Finalizado el transporte, los acumuladores llegan a la planta de reciclado. Aunque algunas medidas de protección son muy parecidas a las utilizadas en los lugares de almacenamiento de los puntos de recogida, la diferencia notable entre ellas estriba en la cantidad de acumuladores que se almacenan en esas plantas, que puede llegar fácilmente a varios miles de toneladas. Por lo tanto, en esos lugares se debe proceder de otra manera: 13

19 a) Los acumuladores deben ser drenados y preparados para el reciclado: El reciclado de acumuladores drenados mejora los coeficientes de reciclado y crea menos problemas ambientales. Por lo tanto, los acumuladores deben ser drenados, el electrolito debe ser conducido a la planta de tratamiento de efluentes y los acumuladores deben almacenarse vacíos y listos para el reciclado; b) Es necesario identificar y clasificar los acumuladores: Cada tipo de acumulador requiere un método de reciclado diferente. De ahí que sea preciso identificarlos correctamente, etiquetarlos y almacenarlos en lugares diferentes; c) Los acumuladores deben ser almacenados en un edificio o lugar cubierto apropiado: A menos que circunstancias específicas lo requieran, el almacenamiento en contenedores deja de ser práctico en la planta de reciclado, ya que en esta etapa los acumuladores deben ser clasificados, identificados y cuidadosamente separados. De ahí que, para almacenarlos, se deba construir un hangar adecuado, o en el peor de los casos, asignar un espacio descubierto, cuyas características mínimas serán las siguientes: i) Pisos impermeables y ácidorresistentes; ii) Un sistema eficaz de captación de agua que conduzca las soluciones derramadas hacia la planta de tratamiento de efluentes o electrolitos ácidos; iii) Una entrada única y una sola salida, que deben permanecer cerradas, a menos que otras razones dicten lo contrario, para evitar que se levante el polvo; iv) Un sistema colector de gases especial que filtre el aire para extraer el polvo de plomo y al mismo tiempo renueve el aire dentro del hangar a fin de evitar la concentración de gases tóxicos; v) Equipo suficiente de extinción de incendios 2. Pese a que es improbable que los acumuladores mismos provoquen un incendio, no se debe olvidar que otras causas pueden provocar un incendio en los acumuladores, debido al alto contenido de compuestos de carbono de las cajas plásticas. Esto hace que se requieran extintores; vi) Sólo el personal autorizado podrá entrar al lugar de almacenamiento. 34. También en este caso, se trata sólo de consideraciones generales que deben adaptarse a las necesidades específicas de cada planta de reciclado. Se recomienda adoptar métodos más restrictivos y cuidadosos. En particular, y siempre que sea posible, el lugar de almacenamiento deberá tener debajo un pozo ácidorresistente para evitar que los líquidos derramados salgan del lugar de almacenamiento. Se deberá instalar un sistema de colector y bomba de drenaje para extraer el exceso de líquido del hangar, así como contenes de seguridad para impedir que los camiones caigan al pozo cuando estén descargando. Un elemento fundamental de este sistema es también un sistema de ventilación eficiente. 2 QUE NO SEA AGUA, a fin de impedir la producción de gases tóxicos como arsina y estibina. 14

20 4. RECICLADO DE LOS ACUMULADORES DE PLOMO 35. Las etapas previas al reciclado terminan cuando los acumuladores son recibidos y almacenados convenientemente en el lugar de almacenamiento de la planta de reciclado. Cumplida esa etapa, los acumuladores usados entran en el proceso de reciclado, que cabría dividir hipotéticamente en tres procesos principales: a) Apertura o rotura de los acumuladores b) Reducción del plomo c) Refinación del plomo 4.1. Apertura del acumulador 36. Sea cual sea la tecnología de reciclado que vaya a utilizarse, es imprescindible drenar los acumuladores antes de que entren en el proceso de reciclado, ya que el electrolito ácido crea algunas complicaciones en el proceso de fusión-reducción del plomo. Después del drenaje la necesidad de abrir o no los acumuladores dependerá del proceso de reciclado que se utilice. 37. Con las metodologías clásicas de los procesos de reciclado del plomo, incluidas las de horno de combustión de enfriamiento por agua, los hornos de reverberación, la fundición por arco eléctrico y los hornos rotatorios de poco o gran volumen, no hace falta abrir el acumulador antes del proceso de fundición. Los acumuladores drenados pasan directamente al proceso de reciclado, ya que las técnicas pirometalúrgicas aceptan materias orgánicas y otras sustancias, que se queman o se incorporan en la escoria. 38. No obstante, es preferible utilizar procesos en que haya que abrir los acumuladores antes del reciclado porque: a) aumenta el porcentaje de producción de plomo y disminuye la escorificación; b) se puede producir plomo blando 3, así como plomo antimonial; c) cabe la posibilidad de recuperar polipropileno; d) se simplifica el tratamiento de los gases del horno; e) las técnicas pirometalúrgicas no admiten el ácido del electrolito del acumulador. 39. Además, las mejoras en la industria de producción de acumuladores llevan, en fin de cuentas, a la producción de acumuladores "sellados" y de otros sistemas que ya no permiten un fácil drenaje. Por lo tanto es cada vez mayor el número de acumuladores que es preciso romper antes de que sean sometidos al proceso de reciclado Antecedentes históricos de la apertura de acumuladores 3 Con bajo contenido de antimonio o sin antimonio. 15

21 40. Antes de los años sesenta, en momentos en que precisamente el proceso de reciclado exigía la reducción del contenido de materia orgánica en el horno, los acumuladores se abrían principalmente a hachazos, de lo contrario iban a parar directamente al horno. Esta situación ha cambiado en la mayoría de los países, especialmente en los desarrollados, aunque lamentablemente no ha ocurrido lo mismo en la mayoría de los países en desarrollo. Cabe subrayar, sin embargo, la necesidad de evitar a toda costa la apertura manual de los acumuladores, no sólo porque se trata de una de las principales fuentes de contaminación para la salud humana, sino también porque no es la manera ambientalmente racional de manejar esos desechos. No obstante, en algunas funderías modernas se siguen abriendo en forma manual los grandes acumuladores industriales que, por sus dimensiones, no pueden romperse con aparatos normales. Si es preciso aplicar esa técnica, habrá que adoptar todas las medidas pertinentes para proteger a los trabajadores y al medio ambiente. 41. En los años sesenta y setenta, la apertura de los acumuladores fue evolucionando hasta llegar a la utilización de una guillotina o sierra mecánica que redujo en gran medida el contacto humano durante el proceso de apertura. A ello vino a sumarse el traslado automatizado, siendo éstos los primeros ejemplos de sistemas totalmente mecanizados, que todavía siguen utilizándose. 42. A partir de los años ochenta, muchas de las modernas funderías fueron adoptando sistemas totalmente mecanizados, en que los acumuladores llegaban, se transportaban y se cortaban en trozos suficientemente pequeños para lograr la separación de todas sus partes Procedimientos modernos de apertura de acumuladores 43. El moderno proceso de apertura de acumuladores (figura 2) comienza con la llegada de los acumuladores usados a la planta de reciclado. En general el contacto humano se reduce al mínimo posible; los acumuladores se reciben y por medio de correas transportadoras o vagonetas, de ser posible, se llevan hacia la trituradora. Acumuladores de desecho Drenaje Trituración Clasificación Electrolito ácido Trituración Finos y pasta para el electrodo Partes metálicas Fracción pesada Separación hidráulica Fracción liviana Separación hidráulica Ebonita Fracción pesada 16

22 Fracción liviana Polipropileno 44. Una vez que los acumuladores Figura 2: Proceso llegan de a apertura la máquina de acumuladores. pasan a las trituradoras de martillo u otros mecanismos de trituración que las dividen en pequeños trozos. Este procedimiento garantiza que todos los componentes, tales como placas de plomo, conectores, cajas de plástico y electrolitos ácidos, puedan separarse fácilmente en las etapas siguientes. 45. A continuación, los óxidos y sulfatos de plomo se separan hidráulicamente de los demás materiales gracias a un sistema de cedazos de movimiento variable. Una vez separados, se envían al horno, si se va a utilizar una técnica pirometalúrgica, o se someten a otros procesos, por ejemplo, técnicas hidrometalúrgicas. 46. Después de la primera rotura gruesa, en algunos casos se aplican otros mecanismos de trituración que reducen aún más el tamaño del material restante. Las partes metálicas, incluidas las placas de plomo, las rejillas, los conectores y los bornes, se separan entonces de las partes orgánicas, incluidas las cajas de polipropileno, ebonita o PVC, los separadores de placas, etc., aprovechando la diferencia de densidades, en separadores hidráulicos que difieren de un proceso a otro. 47. Mediante otros procesos en que se aprovechan las propiedades de densidad y los mecanismos hidráulicos, se separan los trozos de los acumuladores rotos en tres capas diferentes: la primera está constituida por fracciones livianas, como los plásticos; la segunda por piezas de óxido y sulfatos de plomo de granulometría fina, y la tercera es la capa pesada formada por placas de plomo, conectores, etc. En este método, por lo tanto, está ausente la etapa de filtración a fin de extraer los compuestos de plomo antes de la recuperación del plástico. No obstante, la complejidad de estos sistemas dificulta su regulación y utilización. 48. Después de estas etapas de separación, la capa orgánica vuelve a separarse en desechos de polipropileno (los denominados desechos orgánicos livianos) y en separadores y ebonita (los denominados desechos orgánicos pesados). Los primeros se lavan para extraer los restos de óxido de plomo, se trituran hasta obtener piezas pequeñas, cuyas dimensiones dependen de su uso futuro, mientras que la ebonita y los separadores se almacenan convenientemente. Si el sistema de trituración no está conectado con el horno en un proceso continuo, los compuestos de plomo y las partes metálicas se almacenan también en espera de su ulterior procesamiento. 49. Los métodos de apertura de acumuladores difieren entre sí en cuanto a los detalles del proceso y evolucionan a medida que se dispone de nuevas tecnologías. La conveniencia de cada uno para determinada planta de recuperación de plomo depende de factores específicos tales como la economía local, la cantidad de materias primas y la demanda de las funderías. Algunos ejemplos de estos sistemas son los de Metaleurop, Bunker Hill, Engitec y MA Engineering, que pueden conocerse en detalle consultando referencias especializadas. Con todo, no se deben escatimar esfuerzos para eliminar el uso de la apertura manual de los acumuladores y los riesgos para la salud humana y el medio ambiente que entraña esta práctica. Si no se puede disponer de un sistema de apertura mecánica de los acumuladores, por la razón que sea, el método más seguro para preparar la fundición del acumulador sería perforar la caja y drenar el electrolito del acumulador para darle el tratamiento correspondiente; quitar la tapa del acumulador y sacar las placas y los separadores utilizando una sierra circular y observando el uso correcto de dispositivos y equipo de protección, 17